KR970011859B1 - 퍼지제어를 이용한 부호화 방법 및 그 장치 - Google Patents

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Abstract

내용없음

Description

퍼지 제어를 이용한 부호화 방법 및 그 장치
제1도는 종래의 동화상을 위한 부호화 장치의 일 실시예를 도시한 블록도이다.
제2도는 제1도에 도시된 가변장부호화부에서 허프만코딩시의 부호 길이를 설명하기 위한 도면이다.
제3도는 본 발명에 의한 퍼지 제어를 이용한 부호화 장치의 일 실시예를 도시한 블록도이다.
제4(가)도 내지 제4(마)도는 본 발명에 적용되는 양자화 스텝 사이즈의 결정에 이용되는 입출력 변수들의 언어적 진리값들과 각 언어적 진리값의 멤버쉽 함수를 설명하기 위한 개념도이다.
제5(가)도 내지 제5(아)도는 제3도에 도시된 퍼지 추론부와 비퍼지화부에서 행해지는 퍼지 추론 및 비퍼지화를 설명하기 위한 개념도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
12 : 양자화부14 : 버퍼
21 : 전방 해석부22 : 휘도 해석부
23 : 퍼지화부24 : 퍼지 추론부
25 : 제어 규칙 저장부26 : 비퍼지화부
본 발명은 퍼지 제어를 이용한 부호화 방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 특히 부호화된 영상 데이타를 저장하는 버퍼의 상태, 인간의 시각특성 등에 따라 결정되는 양자화 스텝 사이즈를 퍼지 제어 방식을 이용하여 조절하는 부호화 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
근래에 와서, 영상 신호 및 오디오 신호를 송·수신하는 시스템에서 영상 신호 및 오디오 신호를 디지탈 신호로 부호화하여 전송하거나 기록하고, 이를 다시 수신해서 복호화하거나 재생하는 방식이 주로 사용되고 있다.
일반적으로, 영상신호의 부호화를 위해 사용되고 있는 방식에는 변환부호화 방식, DPCM(Differentical Pulse Code Modulation) 방식, 벡터 양자화 방식 및 가변장 부호화(Variable Length Coding) 방식 등이 있다. 이 부호화 방식들은 디지탈 영상 신호에 포함되어 있는 중복성 데이타(Redundancy Data)를 제거하여 전체 데이타량을 줄이기 위해 사용된다. 이와 같은 부호화 방식을 수행하기 위해 화면을 소정 크기의 블록들로 분할하고, 각 블록에 대해 또는 블록간의 차신호에 대한 소정의 변환을 행하여 영상 데이타를 주파수 영역의 변환계수(transform coefficent)로 변환한다. 그리고 각 블록에 대한 데이타 변환 방식에는 DCT(Discrete Cosine Transform), WHT(Walsh-Handamard Transform), DFT(Discrete Fourier Transform) 및 DST(Discrete Sine Transform) 등이 있으며, 이중 DCT가 가장 널리 쓰이고 있다. 이와 같은 변환에 의해 신호들의 에너지가 주로 저주파쪽으로 집중하면, 양자화 과정을 통해 인간의 눈으로 어려울 정도까지 변환계수들을 대표값들로 바꾸어 주고, 이 대표값들의 통계적 특성을 살려 가변장 부호화함으로써 데이타를 압축시킨다. 또한, 사람의 시각은 고주파보다 저주파에서 더 민감하므로, 저주파 부분에 비해 상대적으로 고주파 부분의 영상의 압축율을 크게 하므로써 전송 데이타량을 더욱 감소시킬 수 있다.
제1도는 종래의 동화상을 위한 부호화 장치를 개략적으로 도시한 블록도이다. 제1도에서, 입력단(10)으로 N×N 크기의 블록 영상 데이타(기준 블록 데이타라고도 함)가 인가되고(일반적으로 N1×N2블록이나, 실시예에서는 N1=N2=N으로 가정함), 블록 영상데이타는 제1가산기(A1)에서 소정의 궤환 데이타와 감산되어 감산된 오차데이타로 바뀐다. 이 오차데이타를 직교변환부(11)에서 주파수 영역의 데이타로 변환하고, 이때 변환된 변환계수의 에너지는 주로 저주파쪽으로 집중하게 된다. 양자화부(12)는 소정의 양자화 과정을 통해 변환 계수들을 일정 레벨의 대표값들로 바꾸어준다. 즉 양자화부(12)는 버퍼(14)의 데이타 저장상태에 따라 양자화 제어부(30)로부터 출력되는 양자화 스텝 사이즈(QS)를 공급받고, 이에 따라 직교변환부(11)의 출력 데이타를 양자화시킨다. 양자화 제어부(30)에서는 버퍼(14)에서 데이타의 오버플로우(overflow)나 언더플로우(underflow)가 발생되지 않도록 양자화 스텝 사이즈(QS)를 제어하여 비트율(bit rate)을 조절하고 있다.
가변장부호화부(13)은 양자화된 변환계수들의 통계적 특성을 살려 가변장부호화함으로써 전송되는 데이타를 압축시킨다. 이 가변장부호화부(13)에서는 허프만코드, 산술코드 등이 널리 쓰이고 있는데, 이중 허프만코드는 입력신호의 심볼의 확률분포를 보아 확률이 높은 즉, 발생빈도가 높은 심볼일수록 길이가 짧은 부호를 배정하고 확률이 낮을수록 길이가 긴 부호를 배정하고 있다. 그러나, 심볼의 종류가 많고 이중 많은 심볼이 매우 낮은 확률을 가지고 있을 때는 이들 희박한 심볼 하나하나에 대해 허프만 알고리즘에 의해 긴 부호어를 각각 배정하면 부호화/복호화 모두 매우 복잡해진다. 이 문제를 극복하기 위해 제2도에 도시된 바와 같이 이들 희박한 심볼들을 하나로 묶어 이스케프 시퀀스(ESCAPE SEQUENCE)와 같은 단순한 고정 길이의 부호로 처리하면, 평균 부호길이가 원래의 허프만코드보다 약간 증가하여 효율은 떨어지지만 복잡도를 크게 감소시킬 수 있다.
영상신호부호화에 있어서는 변환계수를 양자화한 후 이 양자화된 계수의 대부분이 0일 때가 많은 점에 착안하여, 저주파 성분부터 시작하여 지그재그 스캔에 의해 최고 주파수 성분까지 주사하면서 런길이 부호화를 한다. 이 런길이 부호는 (RUN, LEVEL)로 나타낼 수 있다. 여기서, 런(RUN)은 0이 아닌 계수들 사이에 나타난 0의 갯수이고, 0이 아닌 레벨은 양자화출력에서 나올 수 있는 값의 수에 따라서 달라지는데 예를 들어 양자화출력이 -255∼255의 정수로 나타난다면 레벨은 1∼255의 값을 취하고, 사인 비트(sign bit)를 이용하여 음의 레벨을 표현한다. (RUN, LEVEL)을 한 심볼로 보았을 때 런이 크거나 레벨이 크면 그 심볼의 발생빈도는 통계적으로 매우 낮을 이스케프 영역(escape area)에서 이스케프 시퀀스는 이스케프 부호(예를 들어 6비트)와 런(0∼63)을 표현하기 위한 6비트, 레벨(1-255)을 표현하기 위한 8비트, 사인을 나타내는 1비트 총 21비트로 구성된다. 이 이스케프 시퀀스 시스템에 따라 다른 방법을 사용할 수 있다. 그리고, 버퍼(14)는 가변장부호화부(13)에서 불규칙하게 출력되는 압축 데이타를 입력받아 저장한 후 일정속도로 전송하면서 오버플로우나 언더플로우가 발생하지 않도록 입력 데이타량을 조절하기 위해 데이타 저장상태 즉, 버퍼 충만도(BF)를 출력한다.
한편, 영상데이타 압축은 한 프레임 내에 있는 영상의 공간 영역상의 상관성 뿐만 아니라 인접 프레임 간에서 발생한 영상의 움직임을 검출하여 이 움직임의 정도에 따라 전송 또는 기록할 데이타량을 줄인다. 일반적으로 시간적으로 인접한 화상(picture) 간에는 유사한 부분이 많으므로, 기준 블록 혹은 매크로 블록 단위로 그 움직임을 추정하여 움직임 벡터(MV)를 산출하고, 이 움직임 벡터를 이용하여 데이타를 보상하여 주면 인접한 화상간의 차신호는 매우 작으므로 전송 데이타를 더욱 압축시킬 수 있다. 프레임 내에 있는 영상의 공간 영상상의 상관성만을 이용하여 코딩하는 프레임만 인트라프레임(intra frame) 처리동안에 로컬디코딩부(21)에 프레임메모리(17)에서는 다음 프레임에서의 움직임을 검출하기 위해 인트라프레임의 데이타를 저장한다.
로컬디코딩부(21)에 대해서 보다 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
역양자화부(15)에서는 양자화부(12)에서 출력되는 상기 인트라프레임의 데이타를 역양자화시킨 다음 역양자화된 결과를 역직교변환부(16)에서 역변환시켜 공간 영역의 영상 데이타로 변환시킨다. 움직임 예측부(18)에서는, 인접 프레임 간의 상관성을 이용하는 프레임인 인터 프레임(inter frame)으로 처리되는 현 프레임의 데이타와 프레임 메모리(17)에서 읽혀지는 전프레임의 데이타를 입력하여 두 프레임 간의 움직임을 검출한다. 움직임 예측부(18)에서 움직임 검출은 예를 들어 풀서치에 의한 블록 매칭 방법이 사용된다. 블록 매칭 방법은 현 프레임의 주어진 N×N 블록(기준 블록)에 대해 같은 위치의 전 프레임의 블록을 중심으로 한정된 서치 영역(search area) 내에서 기준 블록과 매칭시켜 가장 유사한 블록을 찾는다. 이때 유사함의 정도는 여러 판단 기준이 있으나 MAE(Mean Absolute Error)에 의해 예측 블록을 찾는 것이 일반적이다. 서치윈도우 내의 많은 후보블록(canidate block)들과 기준 블록을 비교하여 그 결과인 왜곡(distortion)이 가장 작은 것이 예측된 블록이고, 이 예측된 블록에 있어서 기준 블록과 같은 위치에서 기준 블록까지의 좌표상의 이동 거리가 움직임 벡터가 되는 것이다.
움직임 보상부(19)에서는 검출된 움직임 벡터에 대응하여 프레임 메모리(17)에 저장된 현 기준 블록과 가장 유사한 블록(예측 블록)을 추출하여 제1가산기(A1)의 피드백 신호로 출력하고, 제1가산기(A1)에서는 현 프레임의 블록 데이타와 피드백 신호(서치 윈도우상에서) 움직임 벡터 만큼 이동한 예측 블록 데이타)와의 차인 예측 오차데이타가 직교변환부(11)에서 직교변환된 후 부호화되어 수신측으로 전송된다. 여기서, 프레임의 구조상 인터프레임 처리가 계속 반복될 수 있도록 움직임 보상부(19)의 결과가 제2가산기(A2)를 통해 프레임 메모리(17)로 다시 저장되고 있다. 이 움직임 보상부(19)의 출력은 에러의 누적을 없애기 위해 프레임 단위 또는 블록 단위의 리프레쉬(refresh)가 필요하다. 한편 움직임 벡터(MV)는 제2가변장 부호화부(20)에서 가변장 부호화하여 복호화 시스템에서 이용되기 위해 부가정보의 형태로 부호화된 영상신호와 함께 수신측으로 전송된다.
이와 같은 종래의 부호화 장치에서는 양자화부의 양자화 스텝 사이즈를 버퍼의 데이타 저장 정도에 따라 결정한다. 그리고, 위의 방법 이외에도 화상의 복잡 단순 정도와 버퍼의 데이타 저장상태를 함께 이용하여 양자화 스텝 사이즈를 결정하는 비디오 코더(video coder)는 미합중국 특허 번호 제5,038,209호에 개시되어 있다. 따라서, 양자화를 이용하는 데이타의 부호화 방식은 부호화되기 이전의 데이타와 복원된 데이타가 정확히 일치하지 않는 비복원 부호화 방식이므로 양자화부의 양자화 스텝 사이즈를 결정하는 방식은 복원되는 화상의 화질을 결정하는 중요한 요소가 된다. 그러나, 종래의 방식들에서는 화질을 크게 좌우하는 위에서 언급한 여러 가지 조건들을 이용하여 양자화기의 양자화 스텝 사이즈를 결정하는 알고리즘이 복잡하고 매우 어려웠다. 따라서, HD-TV와 같이 높은 압축비의 데이타 부호화를 이용하는 시스템은 복원화상의 화질의 불안해질 수 있다.
한편, 정보의 높은 압축비에서도 퍼지 제어를 이용하여 양질이 재생음성을 제공하기 위한 벡터 양자화를 기초로 한 음성 코딩을 위한 방법 및 시스템이 미합중국 특허 번호 제5,077,798호에 개시되어 있다. 상기 장치는 입력 음성에 대한 가장 가까운 코드 벡터와 아웃 벡터 사이에 거리를 멤버쉽함수로 표현하여 음성신호를 벡터 양자화하고 있다. 그러나, 후술하는 본 발명에서처럼 스칼라 양자화에서 퍼지 제어 방법에 의해 양자화 스텝 사이즈를 결정하는 기술은 개시되어 있지 않다.
상술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 목적은 버퍼의 데이타 저장 정도, 블록의 복잡 단순 정도, 블록의 휘도, 및 움직임 벡터 등의 정보를 이용하여 퍼지 제어에 의해 양자화 스텝 사이즈를 결정함으로써 높은 압축비에서도 복원되는 화상의 화질을 안정시킬 수 있는 퍼지 제어를 이용한 부호화 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 위의 방법을 구현한 퍼지 제어를 이용한 부호화 장치를 제공함에 있다.
이와 같은 본 발명의 목적은 화상의 복잡도, 버퍼 충만도, 움직임 벡터 및 화상의 휘도 중 적어도 하나 이상의 조건에 의해 결정되는 양자화 스텝 사이즈를 이용하는 양자화기를 갖는 부호화 방법에 있어서, 화상의 복잡도, 버퍼 충만도, 움직임 벡터 및 화상의 휘도 중에서 적어도 하나 이상을 입력변수로 하고, 양자화 스텝 사이즈를 출력변수로 하는 퍼지 제어 규칙을 설정하는 단계, 상기 입력변수들에 관련된 언어적 진리값들 및 각 언어적 진리값에 대응하는 멤버쉽 함수를 결정하는 단계, 상기 입력변수 및 언어적 진리값에 대응하는 멤버쉽 함수를 이용하여 멤버쉽값을 산출하는 단계, 상기 산출된 멤버쉽값과 멤버쉽값 산출에 이용된 언어적 진리값 및 상기 설정된 퍼지 제어 규칙을 사용하여 소정의 추론 방법에 따라 새로운 멤버쉽 함수를 생성하는 단계, 및 소정의 비퍼지화 방법을 이용하여 상기 소정의 추론 방법에 의해 생성된 새로운 멤버쉽 함수로부터 양자화 스텝 사이즈를 결정하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 퍼지 제어를 이용한 부호화 방법에 의해 달성된다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 화상의 복잡도, 버퍼 충만도, 화상의 휘도 및 움직임 벡터 각각을 나타내는 데이타들 중에서 적어도 하나 이상의 데이타에 의해 결정되는 양자화 스텝 사이즈에 따라 양자화를 제어하는 양자화기를 갖는 부호화 장치에 있어서, 상기 데이타들을 이용하여 양자화 스텝 사이즈를 결정하기 위한 퍼지 제어 규칙을 저장하는 수단, 상기 데이타들 각각에 관련된 언어적 진리값들과 언어적 진리값들 각각에 대응하는 멤버쉽 함수를 저장하고, 소정 블록에 대해 화상의 복잡도, 버퍼 충만도, 움직임 벡터 및 화상의 휘도 각각에 대응하는 적어도 하나 이상의 데이타를 입력받아 멤버쉽값 및 그에 대응하는 언어적 진리값을 생성하는 퍼지화 수단, 상기 멤버쉽값 및 그에 대응하는 언어적 진리값에 의해 결정되는 퍼지 제어 규칙들을 상기 규칙 저장 수단으로부터 독출하고, 상기 퍼지화 수단으로부터 출력되는 멤버쉽값 및 그에 대응하는 언어적 진리값에 대해 소정의 방법에 따라 추론을 실행하여 새로운 멤버쉽 함수를 생성하는 퍼지 추론 수단 및 상기 퍼지 추론 수단으로부터의 새로운 멤버쉽 함수를 입력받아 소정의 비퍼지화 방법으로 비퍼지화하여 양자화 스텝 사이즈를 생성하는 비퍼지화 수단을 포함함을 특징으로 하는 퍼지 제어를 이용한 부호화 장치에 의해 달성된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 퍼지 제어를 이용한 부호화 방법 및 그 장치의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.
제3도는 본 발명에 의한 퍼지 제어를 이용한 부호화 장치의 일 실시예에 따른 블록도이다. 본 발명은 제1도에 도시된 구성과 비교해 볼 때, 입력단(10)에 연결되어 N×N 블록(기준 블록) 단위로 화상의 복잡 정도를 판별하는 전방 해석부(21), 기준 블록 단위로 휘도를 검출하는 휘도 해석부(22), 버퍼(14), 전방 해석부(21), 휘도 해석부(22) 및 움직임 예측부(18)을 각 출력단에 연결되어 버퍼 충만도, 화면의 복잡 정도, 휘도 및 움직임 벡터를 입력받아 위의 입력정보들을 퍼지화하는 퍼지화부(23), 퍼지화부(23)의 출력단에 연결되어 미리 설정된 소정의 퍼지 제어 규칙들을 저장하는 제어 규칙 저장부(25), 퍼지화부(23) 및 제어 규칙 저장부(25)의 각 출력단에 연결되어 퍼지 제어 규칙을 이용하여 추론을 실행하는 퍼지 추론부(24), 퍼지 추론부(24)의 출력단에 연결되어 무게중심(COG)법 등을 이용하여 양자화 스텝 사이즈를 발생하는 비퍼지화부(26)가 더 부가되어 구성되어 있다.
제3도에서 제1도의 장치에 표시된 블록들과 동일한 블록들에는 동일한 번호를 부여하여 이후도 그 구성 및 구체적인 동작 설명을 생략한다.
우선, 퍼지 이론은 수식에 의해 동작하거나 복잡한 알고리즘에 의해 동작하지 않는 지적 판단 등이 갖는 애미함(fuzziness)을 처리하기 위한 것이다. 즉, 퍼지이론은 애매모호한 정보를 수량화하여 종래의 계산 방법으로 취급할 수 있도록 바꾸는 방법론이다. 퍼지이론에서는 불(Boolean) 논리처럼 진리값을 1 또는 0의 이진 논리로 정하는 대신 그 진리값을 0과 1 사이의 적당한 실수값으로 선택한다. 그리고, 입력변수값의 범위를 전체 집합으로 하여 다수의 퍼지 집합을 설정하고, 소정의 입력변수가 특정 퍼지집합에 포함되는 정도를 0과 1 사이의 실수값으로 표시한다. 각 퍼지 집합은 그 집합을 대표하는 멤버쉽 함수(membership function)를 가지며, 소정 입력변수가 특정 퍼지집합에 포함되는 정도를 나타내기 위해 멤버쉽값(membership grade)을 이용한다. 소정 입력변수에 대한 멤버쉽 함수의 멤버쉽값의 관계는 이후의 제4(가)도 내지 제4(마)도에서 상세히 설명한다.
제3도에 의하면 입력단(10)을 통해 기준 블록 단위의 영상 데이타가 움직임 예측부(18)로 입력되면, 움직임 예측부(18)는 현 프레임의 블록 데이타와 가장 유사한 블록 데이타를 프레임 메모리(17)에서 서치하여 움직임 벡터(MV)를 생성한다. 이 움직임 벡터(MV)는 퍼지화부(23) 및 제2가변장부호화부(20)로 전송된다. 제2가변장부호화부(20)에서는 움직임 벡터(MV)를 가변장부호화하여 버퍼(14)로 전송한다. 제1가변장부호화부(13)에서는 인트라프레임인 경우는 현재 프레임의 블록 데이타를 가변장 부호화하고, 인터프레임인 경우에는 현 프레임의 블록 데이타와 예측 블록 데이타와의 예측 오차 데이타를 가변장부호화하여 버퍼(14)에 전송한다.
한편, 전방 해석부(21)는 입력단(10)을 통해 입력되는 영상 데이타를 기준 블록 단위로 분석한다. 영상 데이타의 분석은 공간 영역(spatial domain)이나 주파수 영역(frequency domain)에서 이루어질 수 있으며 위의 두 영역을 모두 이용할 수도 있다. 인간의 시각 특성상 블록의 화상 복잡도가 단순화상이나 에지화상에 가까울수록 보통 화상일때보다 양자화 잡음이 두드러지게 느껴지므로, 양자화 잡음을 줄이기 위해 상대적으로 양자화 스텝 사이즈를 작게 한다. 그리고, 복잡화상에 가까운 블록은 양자화 잡음이 크게 눈에 뜨지 않으므로 양자화 스텝 사이즈를 크게 한다. 이와 같은 양자화 스텝 사이즈는 일반적으로 N×N 블록보다 큰 매크로 블록 단위로 결정되므로, 전방 해석부(21)는 양자화 스텝 사이즈를 미세하게 결정하기 위해 N×N 블록 단위로 영상 데이타를 분석하여 화상 복잡도(FA)를 판정한다. 또한, 화면의 밝기에 따라 사람이 양자화 잡음을 느끼는 정도가 다르므로, 휘도 해석부(22)는 화상의 휘도를 입력 영상 신호의 각 기준 블록별로 검출하여 퍼지화부(23)로 출력한다.
퍼지화부(23)는 네 개의 입력변수값(FA,BR,MV,BF) 즉, 전방 해석부(21)로부터 출력되는 화상복잡도(FA), 휘도 해석부(22)로부터 출력되는 휘도(BR), 움직임 예측부(18)로부터 출력되는 움직임 벡터(MV), 버퍼(14)로부터 출력되는 버퍼 충만도(BF)를 먼저 퍼지화한 다음 내장하고 있는 룩업 테이블 등을 이용하여 각 입력 신호들에 대응하는 멤버쉽 함수를 결정한다. 퍼지화에 이용되는 멤버쉽 함수들의 형태로는 삼각형, 종형, 단일 펄스(singleton) 등이 있다.
제4(가)도 내지 제4(마)도는 양자화 스텝 사이즈의 결정에 이용되는 입출력 변수들의 퍼지집합인 언어적 진리값(lingustic truth value)들을 나타낸 개념도로서, 높이가 "1"인 각각의 삼각형들은 각각의 언어적 진리값에 의해 결정되는 멤버쉽 함수를 나타내는 것이고, 세로축은 가로축의 소정 변수값에 대응하는 각 멤버쉽 함수들의 멤버쉽값을 표시한다.
본 발명의 실시예에서는 제4(가)도에 도시된 바와 같이 화상의 복잡도(FA)를 네 가지의 언어적 진리값 즉, 단순(F:flat), 윤곽(E:edge), 복잡(B:busy), 및 보통 정도(N:normal)인지를 구분한다. 그리고, 버퍼의 충만도(BF)는 제4(나)도에 도시된 바와 같이 다섯 개의 언어적 진리값(일명 레벨이라고 함)으로 구분한다. 각각의 언어적 진리값은 충만(F:full), 거의 충만(AF:almost full), 보통(N:normal), 거의 빈상태(AE:almost empty) 및 빈상태(E:empty)이다. 움직임 벡터(MV)는 제4(다)도에 도시된 바와 같이 매우 큼(VB:very big), 큼(B:big), 보통(M:medium), 작음(S:small), 및 매우 작음(VS:very small)으로 5가지의 언어적 진리값을 갖는다. 화면의 휘도(BR)는 제4(라)도에 도시된 바와 같이 밝은(B), 보통(M), 그리고 어두움(D)을 그 언어적 진리값으로 한다. 여기서, 입력변수들의 각각의 언어적 진리값들(FA,BF,MV,BR)은 0부터 1까지의 실수로 표시되는 멤버쉽값을 가진다.
예를 들어, 제4(라)도에서 휘도(BR)는 퍼지집합 "D(dark)", "M(medium)", "B(bright)"를 가지며, 퍼지집합 "D"의 멤버쉽값은 0.2이고, 퍼지집합 "M"의 멤버쉽값은 0.8이다.
한편, 제4(마)도의 의사 양자화 스텝 사이즈(PQS)의 멤버쉽 함수를 나타내고 있으며, 입력변수 FA, BF, MV, BR를 입력받아 최종적으로 출력되는 의사 양자화 스텝 사이즈(PQS)는 양자화부(13)의 양자화 스텝 사이즈를 제어한다. 이 의사 양자화 스텝 사이즈(PQS)는 매우 큼(VB:very big), 큼(B:big), 보통(M:medium), 작음(S:small), 및 매우 작음(VS:very small)으로 5가지의 언어적 진리값을 갖는다. 결과적으로 퍼지화부(23)는 제4(가)도 내지 제4(라)도에 도시된 언어적 진리값들에 대응하는 멤버쉽 함수를 저장한다. 그리고 입력변수들을 제5(가)도, 제5(나)도, 제5(라)도, 제5(마)도, 제5(바)도 도시된 바와 같이 좁은 폭을 갖는 삼각형의 멤버쉽 함수들을 퍼지화한다. 또한, 퍼지화부(23)는 입력변수들의 퍼지화가 완료되면, 퍼지화된 입력변수가 갖는 멤버쉽 함수인 폭이 좁은 삼각형과 언어적 진리값에 대응하는 멤버쉽 함수가 만나는 지점을 각 입력변수에 대한 멤버쉽값으로 결정한다. 즉, 폭이 좁은 삼각형과 언어적 진리값에 대응하는 멤버쉽 함수가 교차하는 지점들에 의해 결정되는 멤버쉽값들 중 최대의 멤버쉽값을 소정 입력변수와 해당 언어적 진리값에 의해 결정되는 멤버쉽값으로 하고 이 결과는 퍼지 추론부(24)로 전송된다. 퍼지 추론부(24)는 퍼지화부(23)로부터 입력되는 소정의 입력변수와 해당하는 언어적 진리값에 관련된 퍼지 제어 규칙들을 제어 규칙 저장부(25)로부터 읽어내어 추론을 행한다. 여기서, 제어 규칙 저장부(25)에 저장되는 퍼지 제어 규칙들은 인간의 경험과 합리적 사고에 의해 만들어진 것이다. 예를 들어, 입력변수가 X와 Y이고 출력변수가 Z인 경우의 퍼지 제어 규칙을 다음과 같이 나타낼 수 있다.
규칙 1:X가 A1이고 Y가 B1이면 Z는 C1이다.
규칙 2:X가 A2이고 Y가 B2이면 Z는 C2이다.
퍼지 추론부(24)가 입력변수값들과 퍼지 제어 규칙들을 이용하여 추론을 행하는 과정을 제5(가)도 내지 제5(아)도를 이용하여 설명한다.
제5(가)도 내지 제5(아)도는 Mamdani의 Max-Min 방법을 이용한 추론 및 무게중심법을 이용한 비퍼지화를 설명하기 위한 개념도로서, 퍼지 추론에 이용되는 제어 규칙이 다음과 같은 경우에 대한 것이다.
규칙 3:버퍼 상태(BF)가 거의 빈상태(AE)이고 움직임 벡터(MV)가 보통 크기(M)이면, 의사 양자화 스텝 사이즈(PGS)는 작은 간격(S)이다.
규칙 4:화상의 복잡도(FA)가 단순한 정도(F)이고 움직임 벡터(MV)는 작고(S) 버퍼상태(BF)가 텅빈 상태(E)이면 의사 양자화 스텝 사이즈(PQS)는 매우 작은 간격(VS)이다.
퍼지 추론부(24)가 제어 규칙 저장부(25)로부터 입력변수의 멤버쉽값 및 언어적 진리값에 관련된 위의 규칙들을 읽어내면, 다음과 같이 추론이 행해진다. 규칙 3을 이용하는 경우 제5(가)도에 도시된 바와 같이, 버퍼 상태는 거의 빈 상태(AE)의 멤버쉽 함수를 가지고, 제5(나)도에 도시된 바와 같이 움직임 벡터(MV)는 보통 정도(M)의 멤버쉽 함수를 가지면, 제5(다)도에 도시된 바와 같이 의사 양자화 스텝 사이즈는 작은 간격(S)의 언어적 진리값을 갖는다. 규칙 4를 적용하는 경우에는 제5(라)도에 도시된 바와 같이, 화상의 복잡도가 단순한 정도(F)의 멤버쉽 함수이고, 제5(마)도에 도시된 바와 같이 버퍼 상태가 텅빈 상태(E)의 멤버쉽 함수이고, 제5(바)도에 도시된 바와 같이 움직임 벡터는 작은(S) 멤버쉽 함수이면, 제5(사)도에 도시된 바와 같이 양자화 스텝 사이즈는 매우 작은 간격(VS)의 언어적 진리값을 갖는 멤버쉽 함수를 갖는다. 규칙 3 및 규칙 4에서 상술한 바와 같이 퍼지화된 입력변수의 삼각형과 멤버쉽 함수가 만나는 지점들에 의해 결정되는 최대의 지점을 소정 입력변수와 해당 언어적 진리값에 의해 결정되는 멤버쉽값으로 결정하고, 입력변수에 의해 결정된 멤버쉽값들 중 가장 작은 멤버쉽값으로 양자화 스텝 사이즈에 대응하는 멤버쉽 함수의 멤버쉽값으로 결정한다. 이러한 추론 방법으로 Mamdani의 MAX-MIN 방법이라 한다. 퍼지 추론부(24)는 결정된 멤버쉽값으로 퍼지 제어 규칙들에 의해 결정되는 새로운 멤버쉽 함수(제5(다)도, 제5(사)도)를 비퍼지화부(26)로 출력한다. 비퍼지화부(26)는 먼저 아래의 식으로 표시되는 무게중심법을 이용하여 최종적인 의사 양자화 스텝 사이즈(PQS)를 결정한다.
멤버쉽 함수의 중심을 뽑는 무게중심법에서 중심이란 멤버쉽 함수와 축으로 둘러싸여진 면적을 반으로 하는 위치이다.
무게중심법에 의해 제5(아)도에서 COG로 표시된 바와 같이 의사 양자화 스텝 사이즈(PQS)가 결정되면, 비퍼지화부(26)는 실제의 양자화 스텝 사이즈(QS)를 결정한다. 양자화 스텝 사이즈는 모든 실수값을 가질 수 없으므로, 비퍼지화부(26)는 의사 양자화 스텝 사이즈에 가장 가까운 양자화 스텝 사이즈를 선택하여 양자화부(12) 및 버퍼(14)로 출력한다. 양자화부(12)는 종래와 동일한 방식으로 입력되는 변환계수들을 양자화시켜 출력한다.
본 발명에 의한 퍼지 제어를 이용한 부호화 방법은 HD-TV, HD-VCR, Digital VCR, Digital Camcorder, Multi-Media, Video Phone, Video Conference System 등에 응용될 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 일 실시예에서는 화상의 복잡도, 버퍼 충만도, 움직임 벡터 및 화상의 휘도 네 가지 조건에 의해 결정되는 양자화 스텝 사이즈를 퍼지 제어를 이용하여 결정하였다.
그러나, 위의 조건들에 의해 본 발명의 기술 범주가 한정되지 않으며, 양자화 스텝 사이즈를 결정하기 위해 퍼지 제어 규칙을 이용하고 퍼지화 추론 및 비퍼지화를 실행하는 어떠한 형태의 시스템도 본 발명의 기술 범주내에서 구현 가능하다. 또한, 본 발명에서는 위의 네 가지 조건 중의 일부만 사용하는 것도 가능하다.
본 발명에 의한 퍼지 제어를 이용한 부호화 방법 및 그 장치는, 양자화 스텝 사이즈를 결정하기 위한 조건들이 시스템에 미리 설정된 것과 다른 경우에도 그 조건들에 적절히 대응할 수 있다. 따라서, 본 발명은 높은 압축비를 갖는 부호화 시스템에서 양자화된 영상 데이타 복원되어 화면상에 표시될 때 복원화상의 화질이 안정하게 유지되는 효과를 가져온다.

Claims (13)

  1. 화상의 복잡도, 버퍼 충만도, 움직임 벡터 및 화상의 휘도 중 적어도 하나 이상의 조건에 의해 결정되는 양자화 스텝 사이즈를 이용하는 양자화기를 갖는 부호화 방법에 있어서, 화상의 복잡도, 버퍼 충만도, 움직임 벡터 및 화상의 휘도 중에서 적어도 하나 이상을 입력변수로 하고, 의사 양자화 스텝 사이즈를 출력변수로 하는 퍼지 제어 규칙을 설정하는 단계; 상기 입력변수들에 관련된 언어적 진리값들 및 각 언어적 진리값에 대응하는 멤버쉽 함수를 결정하는 단계; 상기 입력변수 및 언어적 진리값에 대응하는 멤버쉽 함수를 이용하여 멤버쉽값을 산출하는 단계; 상기 산출된 멤버쉽값과 멤버쉽값 산출에 이용한 언어적 진리값 및 상기 설정된 퍼지 제어 규칙을 사용하여 소정의 추론 방법에 따라 새로운 멤버쉽 함수를 생성하는 단계; 및 소정의 비퍼지화 방법을 이용하여 상기 소정의 추론 방법에 의해 생성된 새로운 멤버쉽 함수로부터 양자화 스텝 사이즈를 결정하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 퍼지 제어를 이용한 부호화 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 멤버쉽값 산출 단계는 상기 입력변수들을 퍼지화하고, 멤다니의 최대-최소 방법에 따라 퍼지화된 입력변수와 멤버쉽 함수가 만나는 지점들에 의해 결정되는 최대의 지점을 멤버쉽값으로 결정하고, 입력변수에 의해 결정된 멤버쉽값들 중 가장 작은 멤버쉽값을 소정 변수의 해당 언어적 진리값에 대응하는 멤버쉽값으로 결정함을 특징으로 하는 퍼지 제어를 이용한 부호화 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 양자화 스텝 사이즈 결정 단계는 무게중심법을 이용하여 새로운 멤버쉽 함수로부터 양자화 스텝 사이즈를 계산하는 것을 특징으로 하는 퍼지 제어를 이용한 부호화 방법.
  4. 화상의 복잡도, 버퍼 충만도, 화상 휘도 및 움직임 벡터 각각을 나타내는 데이타들 중에서 적어도 하나 이상의 데이타에 의해 결정되는 양자화 스텝 사이즈에 따라 양자화를 제어하는 양자화기를 갖는 부호화 장치에 있어서, 상기 데이타들을 이용하여 양자화 스텝 사이즈를 결정하기 위한 퍼지 제어 규칙을 저장하는 수단; 상기 데이타들 각각에 관련된 언어적 진리값들과 언어적 진리값들 각각에 대응하는 멤버쉽 함수를 저장하고, 소정 블록에 대해 화상의 복잡도, 버퍼 충만도, 움직임 벡터 및 화상의 휘도 각각에 대응하는 적어도 하나 이상의 데이타를 입력받아 멤버쉽값 및 그에 대응하는 언어적 진리값을 생성하는 퍼지화 수단; 상기 멤버쉽값 및 그에 대응하는 언어적 진리값에 의해 결정되는 퍼지 제어 규칙들을 상기 규칙 저장 수단으로부터 독출하고, 상기 퍼지화 수단으로부터 출력되는 멤버쉽값 및 그에 대응하는 언어적 진리값에 대해 소정의 방법에 따라 추론을 실행하여 새로운 멤버쉽 함수를 생성하는 퍼지 추론 수단; 및 상기 퍼지 추론 수단으로부터의 새로운 멤버쉽 함수를 입력받아 소정의 비퍼지화 방법으로 비퍼지화하여 양자화 스텝 사이즈를 생성하는 비퍼지화 수단을 포함함을 특징으로 하는 퍼지 제어를 이용한 부호화 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 퍼지화 수단은 입력하는 데이타들을 퍼지화하고, 퍼지화된 입력 데이타를 이용하여 멤버쉽값 및 그에 대응하는 언어적 진리값을 출력하는 것을 특징으로 하는 퍼지 제어를 이용한 부호화 장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 퍼지 추론 수단은 멤다니의 최대-최소 방법을 이용하는 것을 특징으로 하는 퍼지 제어를 이용한 부호화 장치.
  7. 제4항에 있어서, 상기 비퍼지화 수단은 무게중심법을 이용하여 양자화 스텝 사이즈를 생성하는 것을 특징으로 하는 퍼지 제어를 이용한 부호화 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 양자화 스텝 사이즈 결정 단계는 상기 소정의 비퍼지화 방법에 의해 결정된 양자화 스텝 사이즈에 가장 가까운 값으로 상기 양자화기에서 사용되는 실제 양자화 스텝 사이즈를 생성하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 퍼지 제어를 이용한 부호화 방법.
  9. 적어도 하나의 이미지 표현을 담고 있는 프레임들로 구성되며, 각 프레임은 소정의 블록 단위로 양자화 스텝 사이즈를 제어하여 양자화한 후 전송/기록하는 부호화 방법에 있어서, 전 프레임의 소정 블록 데이타와 현 프레임의 소정 블록 데이타 간의 움직임 정도를 검출하고, 검출된 움직임 정도를 보상한 예측 블록 데이타를 추출하는 로컬디코딩 단계; 상기 현 프레임의 블록 데이타와 움직임 보상된 예측 데이타와의 차인 예측 에러를 주파수 영역의 변환계수로 변환한 후 소정의 양자화 스텝 사이즈로 양자화하는 단계; 상기 로컬디코딩 단계로부터 출력되는 움직임 정도를 나타내는 움직임 벡터와 상기 양자화 단계로부터 출력되는 양자화된 변환계수를 저장하여 데이타의 저장 정도를 출력하는 저장 단계; 상기 현 프레임의 소정 블록에 대해 화상의 복잡도를 검출하는 제1검출단계; 상기 현 프레임의 소정블록에 대해 화상의 휘도를 검출하는 제2검출단계; 및 상기 검출된 움직임 벡터, 화상의 복잡도, 화상의 휘도, 데이타의 저장 정도 중 적어도 하나 이상을 입력변수로 하여 퍼지화한 후 퍼지화된 입력변수를 소정의 퍼지 제어 규칙, 소정의 퍼지 추론, 소정의 비퍼지화 방법으로 상기 양자화 단계의 양자화 스텝 사이즈를 결정하는 퍼지 양자화 제어단계를 포함함을 특징으로 하는 퍼지 제어를 이용한 부호화 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 퍼지 양자화 제어단계는 상기 화상의 복잡도, 데이타의 저장 정도, 움직임 벡터 및 화상의 휘도 중에서 하나 이상을 입력변수로 하고, 의사 양자화 스텝 사이즈를 출력변수로 하는 퍼지 제어 규칙을 설정하는 단계; 상기 입력변수에 관련된 언어적 진리값 및 각 언어적 진리값에 대응하는 멤버쉽 함수를 결정하는 단계; 상기 입력변수 및 언어적 진리값에 대응하는 멤버쉽 함수를 이용하여 멤버쉽값을 산출하는 단계; 멤다니의 최대-최소의 추론 방법에 따라 상기 산출된 멤버쉽값과 멤버쉽 산출에 이용한 언어적 진리값 및 상기 설정된 퍼지 제어 규칙을 사용하여 새로운 멤버쉽 함수를 생성하는 단계; 무게중심법을 이용하여 퍼지추론에 의해 생성된 새로운 멤버쉽 함수로부터 의사 양자화 스텝 사이즈를 결정하는 단계; 및 상기 결정된 의사 양자화 스텝 사이즈에 가장 가까운 값으로 양자화기에 사용되는 실제 양자화 스텝 사이즈를 생성하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 퍼지 제어를 이용한 부호화 방법.
  11. 제4항에 있어서, 상기 비퍼지화 수단에서는 상기 양자화기에서 이용되는 실제 양자화 스텝 사이즈들 중 가장 가까운 양자화 스텝 사이즈를 생성하여 양자화기로 출력함을 특징으로 하는 퍼지 제어를 이용한 부호화 장치.
  12. 적어도 하나의 이미지 표현을 담고 있는 프레임들로 구성되며, 각 프레임은 소정의 블록단위로 양자화 스텝 사이즈를 제어하여 양자화한 후 전송/기록하는 부호화 장치에 있어서, 전 프레임의 소정 블록 데이타와 현 프레임의 소정 블록 데이타 간의 움직임 정도를 검출하고, 검출된 움직임 정도를 보상한 예측 블록 데이타를 추출하는 로컬디코딩 수단; 상기 현 프레임의 블록 데이타와 움직임 보상된 예측 데이타와의 차인 예측 에러를 주파수 영역의 변환계수로 변환한 후 소정의 양자화 스텝 사이즈로 양자화하는 수단; 상기 로컬디코딩 수단으로부터 출력되는 움직임 정도를 나타내는 움직임 벡터와 상기 양자화 단계로부터 출력되는 양자화된 출력을 저장하여 버퍼의 충만도를 출력하는 버퍼; 상기 현 프레임의 소정 블록에 대해 화상의 복잡도를 검출하는 전방 해석 수단; 상기 현 프레임의 소정 블록에 대해 화상의 휘도를 검출하는 휘도 해석 수단; 및 상기 검출된 움직임 벡터, 화상의 복잡도, 화상의 휘도, 데이타 저장 정도 중 적어도 하나 이상을 입력변수로 하여 퍼지화한 후 퍼지화된 입력변수를 소정의 퍼지 제어 규칙, 소정의 퍼지추론, 소정의 비퍼지화 방법으로 상기 양자화 수단의 양자화 스텝 사이즈를 결정하여 전송/기록하는 데이타의 비트율을 제어하는 퍼지 비트율 제어수단을 포함함을 특징으로 하는 퍼지 제어를 이용한 부호화 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 퍼지 비트율 제어수단은 상기 화상의 복잡도, 버퍼 충만도, 움직임 벡터 및 화상의 휘도 중에서 하나 이상을 입력변수로 하고, 의사 양자화 스텝 사이즈를 출력변수로 하는 퍼지 제어 규칙을 저장하는 수단; 상기 데이타들 각각에 관련된 언어적 진리값들과 언어적 진리값들 각각에 대응하는 멤버쉽 함수를 저장하고, 소정 블록에 대해 화상의 복잡도, 버퍼 충만도, 움직임 벡터 및 화상의 휘도 각각에 대응하는 적어도 하나 이상의 데이타를 입력받아 퍼지화하고, 퍼지화된 입력 데이타를 이용하여 멤버쉽값 및 그에 대응하는 언어적 진리값을 생성하는 퍼지화 수단; 상기 멤버쉽값 및 그에 대응하는 언어적 진리값에 대해 멤다니의 최대-최소의 추론 방법을 실행하여 새로운 멤버쉽 함수를 생성하는 퍼지 추론 수단; 및 상기 퍼지 추론 수단으로부터의 새로운 멤버쉽 함수를 입력받아 무게중심법을 이용하여 비퍼지화하여 의사 양자화 스텝 사이즈를 생성하고, 양자화기에서 이용되는 양자화 스텝 사이즈들 중 상기의 의사 양자화 스텝 사이즈에 가장 가까운 양자화 스텝 사이즈를 양자화기로 출력하는 비퍼지화 수단을 포함함을 특징으로 하는 퍼지 제어를 이용한 부호화 장치.
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